Teleskop Webba ujawnia tajemnice egzoplanet typu pod-Neptun

Amerykańscy astronomowie, wykorzystujący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, po raz pierwszy szczegółowo zbadali atmosferę tajemniczej egzoplanety TOI-421 b, przedstawicielki najpowszechniejszego typu planet poza Układem Słonecznym: pod-Neptunów. To odkrycie może zmienić naszą wiedzę na temat ich składu i pochodzenia. Pracę opublikowano w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters (AJL).

Podneptuny to małe planety gazowe, nieco większe od Ziemi, ale znacznie mniejsze od gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz. Są one szeroko rozpowszechnione w naszej galaktyce, ale dotychczas nie zostały wystarczająco zbadane ze względu na swoją słabą i często mglistą atmosferę.

"Czekałam na ten moment przez całą moją karierę" – powiedziała kierująca projektem Eliza Kempton z University of Maryland. "W końcu możemy naprawdę zrozumieć, z czego zbudowane są te planety i dlaczego w naszym układzie słonecznym nie ma niczego podobnego".

TOI-421 b to gorąca planeta subneptunowa znajdująca się około 244 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Zająca. Krąży bardzo blisko swojej gwiazdy (ukończenie jednej orbity zajmuje jej 5,2 ziemskiego dnia), przez co jej temperatura sięga 730 °C. Naukowcy uważali, że ta wysoka temperatura może zapobiegać tworzeniu się mgły atmosferycznej, która wcześniej utrudniała badanie tego typu planet.

Wcześniejsze obserwacje subneptunów wskazywały na "płaskie" widma transmisyjne - oznaczało to, że chłodniejsze planety tego typu były prawdopodobnie pokryte grubą warstwą mgły lub chmur, co uniemożliwiało określenie składu ich atmosfery. Astronomowie przypuszczali, że planety o temperaturze przekraczającej 1070 stopni Fahrenheita (około 577°C) mogą mieć przejrzystą atmosferę ze względu na brak metanu w tak wysokich temperaturach, co z kolei zapobiega tworzeniu się mgły.

Rzeczywiście, dane uzyskane za pomocą spektrografów teleskopu Webba wykazały, że atmosfera TOI-421 b jest przejrzysta i bogata w wodór i parę wodną, a może zawierać również dwutlenek siarki i tlenek węgla. Nieoczekiwany był brak metanu i dwutlenku węgla, a także przewaga lekkiego wodoru – składu bardziej charakterystycznego dla gwiazdy niż dla typowych pod-Neptunów.

"Zobaczyliśmy cechy widmowe, które przypisujemy różnym gazom – i to pozwoliło nam określić skład atmosfery" – wyjaśnił Brian Davenport, również z University of Maryland. "Podczas gdy w przypadku wielu innych subneptunów, które wcześniej obserwowano, wiemy, że ich atmosfery są z czegoś zbudowane, ale są blokowane przez mgłę".

Szczególnie interesujący jest fakt, że skład atmosfery TOI-421 b ściśle odzwierciedla skład jej gwiazdy macierzystej, co sugeruje, że planeta mogła powstać bezpośrednio z tego samego materiału co gwiazda. To podobieństwo jest bardziej charakterystyczne dla planet gazowych w naszym Układzie Słonecznym niż dla innych znanych subneptunów.

Innym ważnym aspektem jest to, że TOI-421 b krąży wokół gwiazdy podobnej do Słońca, a nie wokół chłodniejszego czerwonego karła, jak większość wcześniej badanych subneptunów. To może wskazywać na inną ścieżkę formowania i ewolucji dla gorących subneptunów krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca.

"To okno na zupełnie inną klasę planet" – podsumował Kempton. Aby odpowiedzieć na pytanie, czy TOI-421 b jest typowa dla gorących subneptunów, czy też stanowi wyjątkowy przypadek, naukowcy planują teraz obserwację innych podobnych planet.

Badanie to jest kolejnym przykładem niezwykłych możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który dzięki obserwacjom w podczerwieni umożliwia naukowcom zagłębienie się w tajemnice odległych światów, niedostępne wcześniej dla innych teleskopów. Dzięki tym obserwacjom astronomowie mogą lepiej zrozumieć procesy formowania i ewolucji planet, co w konsekwencji może pomóc nam zrozumieć unikalność naszego własnego Układu Słonecznego.